副电源控制芯片NCP1207A详解

1.副电源概述

副电源也叫待机电源,它的作用是为信号处理板上微处理器控制系统电路提供+5VSB电压(也称为待机5V),同时还要为PFC控制芯片和主电源控制芯片(或厚膜电路)提供VCC电压(一般为+14~+20V)。值得一提的是,有些电源板如TCL PWE3210型等电源板,为微处理器控制系统电路提供的是+3.3VSB电压;有些电源板,如海信RAG7.820.848A型电源板,副电源还要输出主5V电压(通常标为M 5V),为主板上的小信号处理电路提供电源电压。

副电源的工作特点是,只要接通电压即进入工作状态,就有+5VSB(或+3.3VSB)电压输出,CPU控制系统处于等待操作状态。而VCC电压则只有在二次开机后才会有输出,VCC电压输出与否受控于待机控制电路。

液晶彩电中的副电源一般位于PFC电路之后,副电源的开关管供电电压一般取自PFC电压输出端,标为PFC 380V,该点待机时为300V左右,开机时为PFC电压一般在370~400V范围内。

液晶彩电的副电源可以由电源控制芯片+分立元件的大功率场效应开关管构成,也可以由电源厚膜集成电路构成。前者在副电源中应用得较少,而后者则应用得较多。

2.由开关电源控制芯片+开关管构成的副电源

由开关电源控制芯片构成的开关电源,需外接分立元件的开关管(液晶彩电都是采用场效应开关管)。副电源常用的开关电源控制芯片有NCP1207A、NCP1271A、LD7522PS、LD7550等。下面以由开关电源控制芯片NCP1207A构成的副电源为例介绍。

(1)由开关电源控制芯片NCP1207A构成的副电源实物图解、电路图

海信RAG7.820.848A型电源板的副电源由PWM电源控制集成电路N803(NCP1207A,芯片实际标为1207A)、MOSFET开关管V809、开关变压器T803、三端误差放大器N808、光耦合器N804等构成。副电源在待机时只输出待机5V(标为S5V),为主板上的微处理器控制系统供电;开机时,输出S5V和主5V(标为M5V,为主板小信号处理电路供电);一次侧输出+15V左右的VCC电压,为PFC控制芯片和主电源振荡控制芯片提供VCC工作电压。该副电源实物图解如图2-15所示,电路图如图2-16所示。

(2)NCP1207A的实用维修资料

NCP1207A芯片是美国安森美半导体公司推出的电流模式单端PWM控制器,其主要特点是临界模式、准谐振工作。NCP1207A内含7.0mA电流源、基准电压源、可变频率时钟电路、电流检测比较器、RS锁存器、驱动级、过电压保护、过电流保护和过载保护等电路。NCP1207A引脚功能和维修参考数据见表2-3。

表2-3 NCP1207A引脚功能和维修参考数据

图2-15 海信RAG7.820.848A型电源板的副电源部分元器件实物图解

(3)启动与振荡电路

+BPFC电压(待机时为300V,开机时升到380V左右,实测为388V)通过开关变压器T803的①-②绕组加到MOSFET开关管V809的D极;同时,市电整流滤波电路形成的300V脉动直流电压(VAC)经VD811、VZ805、R826加到N803的⑧脚高压启动端。N803的⑧脚内部高压电流源产生7.0mA电流通过内部给N803的⑥脚外接电容C833充电,当充电电压上升到12V时,基准电压源启动,为控制电路提供偏置电压,时钟电路触发RS锁存器输出PWM脉冲,从N803的⑤脚输出,控制V809工作在开关状态,在开关变压器T803的各个绕组中产生感应电压。

图2-16 由NCP1207A+开关管构成的副电源电路图(海信RAG7.820.848A型电源板)

(4)整流输出电路

开关变压器T803一次侧反馈绕组③-④-⑤绕组产生的感应电压,由④端输出的脉冲电压经过R833、R833A限流,VD810、C833整流滤波形成12V电压(实测约11V)加到N803的⑥脚VCC端,作为N803正常工作的供电。T803的⑤端输出的脉冲电压经R834、R834A限流,VD809、C832整流滤波后形成约15V电压,经V807进行通/断控制后(V807的工作状态受控于待机控制电路),送往PFC控制芯片和主电源控制芯片,作为这两块集成电路的工作电压。

T803二次绕组⑨、⑩-⑥、⑦绕组产生的感应电压,经VD812、C842、L811、C843整流滤波后,产生+5V电压。该电压分两路送:一路作为待机5V(即S5V)电压,输出送往主板微处理器控制电路;另一路经MOS开关管V813控制后输出M5V即主5V电压,为主板小信号处理电路供电。主电源输出的12V输出作为M5V的开关控制。

提示与引导 M5V为受控电压,只有在开机后,CPU控制主开关电源工作,有12V输出的基础才会有该电压输出。其控制过程是,待机时,无12V电压,V813因G极无电压而截止,M5V无电压输出,实现待机时电源停止输出M5V控制;开机后,当12V电压正常输出时,通过R865加到V813的G极,V813导通,其S极输出M5V电压。

(5)稳压控制电路

稳压控制电路由三端误差放大器N808、光耦合器N804、芯片N803等组成。当副电源由于某种原因使5V输出端电压升高时,经取样电阻R855、R856∥R822(表示R856、R822并联)分压后加到三端误差放大器N808 R端的电压升高,K端电压下降,光耦合器N804内发光二极管亮度加强,其光敏晶体管电流增大,C-E极间内阻减小,使N803的②脚电位下降,N803的⑤脚输出的脉冲宽度变窄,开关管V809导通时间缩短,其二次绕组感应电压降低,5V输出端电压降低,达到稳压的目的。若5V输出端电压下降,则稳压过程相反。

(6)保护电路

1)尖峰吸收电路。开关管V809截止时,突变的D极电流在T803的①-②绕组激发一个下正上负的反向电动势,与PFC电路输出直流电压叠加后,其幅度达交流电压峰值的数倍。为了防止V809在截止期间其D极的感应脉冲电压尖峰击穿V809,该机开关电源电路设置了由VD818、C830、R835组成的尖峰吸收电路。当开关管V809截止时,V809的D极尖峰脉冲使VD818正向导通,给C830快速充电,并通过R835放电,从而将浪涌尖峰吸收。

2)输入电压过电压保护电路。开关变压器T803的④-③反馈绕组感应脉冲经R828加到N803的①脚,由内置电阻分压采样后,加到N803内部电压比较器同相输入端,反相端加有5.0V阈值电压。当输入电压过高时,则加到比较器的取样电压达到5V阈值以上,比较器翻转,经保护电路处理后,关闭N803内部供电电路,开关电源停止工作。

3)过电流保护电路。开关管V809源极(S极)的电阻R832为过电流取样电阻。由于某种原因引起V809源极的电流增大时,过电流取样电阻R832上的电压降增大,经R830加到N803的③脚,使该脚电压升高,当该引脚电压大于阈值电压1.0V时,N803的⑤脚停止输出脉冲,开关管V809截止,从而达到过电流保护的目的。需要说明的是,N803的③脚内部设有延时380ns的L.E.B电路,加到N803的③脚峰值在1.0V以上的电压必须持续380ns以上,保护功能才会生效,这样可以杜绝幅度大、周期小的干扰脉冲造成误触发。

4)M5V输出端的短路保护电路。该电路主要由V812及其外接元器件组成。开关变压器T803二次侧产生的感应电压整流滤波后,形成+5V电压,该电压一路作为S5V电压供给主板上的CPU,在CPU在正常工作状态下,使+12V电源正常输出,+12V电压经R865加至MOS管V813的G极,使该极为高电平,MOS管导通,其S极输出M5V,为主板小信号处理电路供电。在正常的工作状态下,晶体管V812的E极电压为5V,B极电压被稳压二极管VZ816钳位为3.3V,由于PN结反向偏置,故晶体管V812截止。在M5V出现短路故障时,由于短路,其输出端电平被拉低,晶体管V812导通,V813的G极出现低电平,V813截止,M5V供电自动切断。由于上拉电阻R865的存在,此时切断M5V供电后,而不会影响CPU供电5V和12V的供电。在故障解除后,晶体管V812截止,V813的G极出现高电平,V813导通,M5V自动恢复,从而实现自恢复的短路保护。

3.由厚膜电路构成的副电源(www.xing528.com)

液晶彩电电源板中,由电源厚膜电路构成的副电源很多。副电源常用的电源厚膜电路有FSQ0265R、FSQ0465、FSGM300N、VIPer22A、ICE2A165、NTY264、NTY277PN、STR-A6059H、STR-A6159M等。下面以由电源厚膜电路FSQ0465构成的副电源为例介绍。

(1)由电源厚膜电路FSQ0465构成的副电源实物图解、电路图

康佳KPS+L200C3-01型电源板的副电源实物图解如图2-17所示,由厚膜电路UB901(图标为FSQ0465,实物标为Q0465)、光耦合器UB951(图标为PC817B,实物标为817B)、三端误差放大器UB952、开关变压器TB901以及整流滤波电路等部分构成。该副电源电路图如图2-18所示。

图2-17 康佳KPS+L200C3-01型电源板副电源实物图解

(2)FSQ0465的实用维修资料

FSQ0465是PWM控制+MOSFET开关管的厚膜电路,在其内部,除集成有振荡器、PWM调制器、驱动级电路、过电流/过电压/过热保护电路外,还集成有大功率MOSFET开关管。其引脚功能和参考电压见表2-4。

(3)功率变换

PFC电压(待机状态约300V,开机后约390V)通过变压器的一次绕组(①~③绕组)输入到UB901(FSQ0465)①脚,为内部MOSFET开关管的D极供电。同时,市电整流滤波得到的脉动直流电,经RB906、RB907向UB901⑥脚注入启动电流,UB901振荡电路启动工作,经驱动放大后,激励内部MOSFET管工作于开关状态,其开关电流在TB901的各个绕组产生感应脉冲电压。

其中,TB901一次侧辅助绕组(④~⑤绕组)的感应脉冲分两路:一路由RB912、RB911反馈到UB901⑤脚,作为振荡同步脉冲信号;另一路经DB902、CB906整流滤波,得到20V直流电压,再经由QB903及外围元器件构成的串联型稳压电路输出稳定的18V电压(即VCCP)。此电压又分为两路:一路到UB901③脚,作为UB901正常工作的供电;另一路则送往待机控制电路中的VCC控制电路,经控制后输出的VCC电压作为PFC电路和主开关电源控制芯片的供电。

图2-18 由电源厚膜电路FSQ0465构成的副电源电路图（康佳KPS+L200C3-01型电源板）

表2-4 FSQ0465的引脚功能和对地电压

TB901二次侧⑥~⑧绕组的感应脉冲经DB905整流,再经CB953、CB959、LB951、CB951、CB955构成的π形滤波器滤波,得到+5V直流电压(此电压标为+5VSB,待机电压)。此电压分为两路:一路经过电源板输出排插XS953的③脚送往主板,为主板的微处理器控制系统供电;另一路送副电源的稳压控制电路。⑩~⑧绕组的感应脉冲经DB907、CB961整流滤波,得到+8V直流电压(标为+VCCS),送往保护电路中的运算放大器U956(AZ324M),为其提供电源电压。

(4)稳压控制电路

稳压控制电路由三端误差放大器UB952、光耦合器UB951及UB901④脚内部电路组成。当副电源输出的+5V电压升高时,此升高了的电压经RB951为UB951①脚提供的电压升高,同时经RB953、RB956∥RB955分压后得到的电压也升高,使加到UB952的R极电压升高,UB952比较放大后,使UB951②脚电压下降。于是,光耦合器UB951内部的发光二极管电流增大,其发光增强,使其内部光敏晶体管导通加强,使UB901④脚电压降低,被UB901内的PWM调制器处理后,使UB901内部开关管导通时间缩短,副电源输出的电压下降到设定值+5V。当副电源输出的+5V电压降低时,稳压控制过程相反。

(5)保护电路

该副电源设有较完善的保护电路,一次侧设有的尖峰脉冲吸收电路和市电欠电压保护电路,二次侧设有过电压、过电流保护电路。

1)一次侧保护电路。

尖峰脉冲吸收电路:为防止MOSFET开关管在关断时,TB901产生自感脉冲将MOSFET击穿,在MOSFET的D极(BU901①脚)设置了由DB901、CB901、RB914组成的尖峰脉冲吸收电路。

市电欠电压保护电路:该电路由VAC分压电阻RB901~RB904,检测控制电路QB902、QB904组成,对BU901④脚FB稳压电路进行控制。市电电压正常时,VAC电压通过RB901、RB902、RB903与RB904分压,为QB902的B极提供电流,促使其导通,后级QB904截止,对BU901④脚电压不产生影响,副开关电源正常工作;当市电电压过低时,VAC也变得过低,VAC电压经电阻分压所得到的电压也变得过低,此电压加至QB902的B极电压不足以使QB902导通,即QB902截止,后级QB904饱和导通,将BU901④脚电压对地短路,BU901停止工作。

2)二次侧保护电路。副电源二次侧保护电路如图2-19所示。

过电压保护电路:该电路由ZD954、R991、D956组成+5VSB过电压保护检测电路。输出电压正常时,+5VSB电压低于稳压二极管ZD954的稳压值5.6V,ZD954截止,Q955截止。Q955的C极接稳压光耦合器UB951①脚,因此,保护电路对UB951①脚电压不产生影响,不影响副电源的正常工作。当+5VSB输出电压超过5.6V时,稳压二极管ZD954击穿导通,通过R991、D956使Q955的B极为高电平,使Q955饱和导通,将UB951①脚电压拉低(近为0V),UB951内的发光二极管不能发光,光敏晶体管截止,厚膜电路UB901④脚电压升高,促使UB901内部过电压检测而停止工作,达到过电压保护的目的。

图2-19 副电源二次侧保护电路

过电流保护电路:过电流保护检测电路由LB951和U956D及外围元器件组成。LB951虽是+5VSB滤波电感LB951,但由于它有一定的直流电阻(阻值很小),因此它可兼作+5VSB过电流取样电阻。U956D是四运放LM324内的一个运算放大器,其余三个放大器用于+12V和+24V过电流检测保护电路。

LM324是四运放集成电路,它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB,即10万倍)。此时运放便形成一个电压比较器。一个单元的比较器有两个输入引脚和一个输出引脚,当正相输入引脚的电压高于反相输入引脚的电压时,输出引脚输出高电平;反之,当正相输入引脚的电压低于反相输入脚的电压时,输出引脚输出低电平0V。

电路中,+5Va电压(即LB951左端的电压),经R987、R990分压,为运放U956D设定比较电平输入到U956D的正相⑫⑫脚;+5VSB(即LB951右端的电压)经R986输入到U956D的反相⑫⑬脚。+5VSB电流正常时,U956D⑫⑫脚与⑫⑬脚之间电位差很小,输出⑫⑭脚输出低电平,Q955截止,对光耦合器UB951①脚电压无影响,副电源正常工作。当+5VSB电流过大(超过设计值)时,LB951两端的电压降增大,+5Va与+5VSB的差值更大了,使得U956D⑫⑫脚与⑫⑬脚之间电位差变大,当这两个引脚的电位差大到一定程度后,输出⑫⑭脚输出高电平,使Q955饱和导通,之后电路工作流程与过电压保护时的相同。

防过渡历程(暂态)保护电路:从市电的开启至开关电源稳定工作,或从市电的关断至开关电源停止输出,都称为“防过渡历程”。如开机瞬间,+5VSB输出端的滤波电容CB951首先充电,电流之大类似于负载短路,势必产生“瞬间过电流”现象。如果此时保护电路动作,开关电源将无法启动。为防止这种误动作,设计了由Q953、C970等组成的防过渡历程(暂态)保护电路。该电路工作过程是:开机瞬间,副电源输出的+VCCS电压,一方面为运算放大器U956供电,另一方面向C970充电,充电电流使Q953饱和导通,从而短路了由于瞬间过电流UB956⑫⑭脚输出的高电平保护电压。瞬间过电流后,C970充电完毕,Q953截止,电路恢复正常状态。